Fulltext

EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDY OF ENHANCEMENT HEAT TRANSFER COEFFICIENT IN SPIRAL FLUTED TUBE HEAT EXCHANGER WITH NANOFLUID

دراسة عملية و عددية لتحسين أنتقال الحرارة في انبوب لولبي مخدد بوجود المائع النانوي

Muna S. Kassim --- Fouad A. Salah --- Ahmed O.Samarmad

Journal of Engineering and Sustainable Development مجلة الهندسة والتنمية المستدامة
ISSN: 25200917 Year: 2015 Volume: 19 Issue: 6 Pages: 165-183
Publisher: Al-Mustansyriah University الجامعة المستنصرية

Abstract

Experimental and numerical investigation has been performed in this work to study enhancement of heat transfer coefficient in spiral fluted tube heat exchanger with Nanofluid. The shell side was made from galvanized tube of (65 mm) outer diameter. The tube was made from copper material of (1000 mm) length having (16 mm) equivalent inner diameter and (17 mm) outer diameter, it was inserted inside the shell. Steam was used, as a heating source where constant wall temperature condition (110˚C) was achieved, and TiO2 /water nanofluid with various volume concentrations (0.08%, 0.1%, 0.2%, and 0.3%) by volume at Reynolds numbers (7000 to 15000) has been employed, as working fluid flows through the inner tube. Fiber glass has been utilized to cover the outer surface of the shell for reducing heat losses. The performance of spiral fluted tube heat exchanger with and without nanofluid was investigated experimentally. Experimental results reveal that the use of spiral fluted tube without nanofluid leads to increase (28-33) % in heat transfer coefficient compared with smooth tube, and the maximum increase in heat transfer coefficient occurs when using spiral fluted tube with nanofluid at 0.3% volume concentration was about (25-28) % higher than the pure water in spiral fluted tube. Empirical correlations for water, nanofluid were represented by Nusselt number. Numerical simulation has been carried out on present heat exchanger to analyze both flow field and heat transfer using ANSYS 14, FLUENT package. The comparison between experimental and numerical results showed good agreement.

في هذا العمل تم انجاز دراسة عملية وعددية لتحسين انتقال الحرارة باستخدام انبوب لولبي مخدد بوجود المائع النانوي. القشرة مصنوعةمن الحديد المغلون 65 مليمتر قطر خارجي. الانبوب مصنوع من النحاس بطول 1000 مليمتر ، 16 مليمتر قطر داخلي مكافئ و 17 مليمتر قطرخارجي تم تثبيته داخل القشرة. استخدم البخار كمصدر حراري على السطح الخارجي للانبوب حيث تم الحصول على درجة حرارة ثابتة لسطحالانبوب ) °C110 (، المائع النانوي من نوع اوكسيد التيتانيوم /ماء مقطر بتراكيز حجمية مختلفة ) 0.08 ، 0.1 ، 0.2 ، 0.3 (% و يمر داخلالانبوب عند عدد رينولدز يتراوح بين ) 7000 - 15000 (. تم عزل القشرة من الخارج بعازل حراري لتقليل الحرارة المفقودة.تمت دراسة اداءالمبادل الحراري ذو الانبوب اللولبي المخدد بدون ومع المائع النانوي. بينت النتائج العملية زيادة في معامل انتقال الحرارة بمقدار) 28 - 33 (% عنداستخدام الانبوب اللولبي المخدد بدون المائع النانوي مقارنه بالانبوب الاملس،تم الحصول على اقصى زيادة في معامل انتقال الحرارة عند استخدامالانبوب اللولبي المخدد بوجود المائع النانوي وبتركيز 0.3 % بمقدار ) 25 - 28 (%مقارنه باستخدام الماء في الانبوب اللولبي المخدد.تم ايجادعلاقات تجريبية للماء و المائع النانوي بدلالة رقم نيسلت.تم انجاز محاكاة عددية للمبادل الحراري لتحليل جريان المائع و انتقال الحرارة باستخدامالبرنامج المختص .ANSYS 14, FLUENT package هناك تطابق مقبول عند المقارنة بين النتائج العملية والعددية

Keywords

heat exchanger --- spiral fluted tube --- nanofluid